Hidrológiai Közlöny 1983 (63. évfolyam)

4. szám - Dr. Kovács György–Ujfaludi László: Finom szemcsék mozgása kutak környezetében

Dr. Kovács Gy.—Újlaki L.: Finom szemcsék mozgása Hidrológiai Közlöny 1983. 4. sz. 149 1,0

5 tü ^ 0,5 ~ 1,0 5,0 f 10 30 Ah [cm] 7. ábra. 3-ps típusú ellenállás görbe és a hozzá tartozó vízhozamgörbe (142. sz. mérés) Puc. 7. Kpuean conpoimißAenun inuna 3 u Kpuean pacxoöoe, omnocsmiaHCH k neü. (u3Mepenue Ns 142) Fig. 7. Resistance curve of Type 2 and the corresponding discharge curve (run No. 142) A talajmintákban lejátszódó folyamatokat pontosan nyomonkövethetjük az ellenállásgörbék és a hozzájuk tartozó vízhozamgörbék alapján, kiegészítve a kísérletek közben végzett vizuális megfigyelések adataival. Az 5. ábra az 1. típusú ellenállásgörbe példája. A kis Ah tartományban az ellenállás közel állandó; a vízhozam z]/?-val lineárisan nő. Ekkor még nincs talajmozgás, a szivárgás a 1)AIICY-törvény szerint játszódik le. Az ellenállásgörbe 45 °-ban emelkedő szakaszához nagyjából állandó vízhozam tartozik. Ebben a Ah tartományban tehát a talajszemcsék úgy mozdulnak el, hogy közben a vízhozam nem nő, ami egyfajta dinamikai egyensúlyra utal: a finom frakció szemcséi már elmozdultak, és részben eltömítik a durvább frakció hézagait. Amikor azonban ez az eltömődés lecsökkenti a sebességet, a finom szemcsékre újból kisebb nyomóerő hat, így visszatérnek eredeti helyzetükbe, újra szabaddá téve az imént lezárt pórusok egy részét. A nyomás további növelésekor azonban az ellenállás hirtelen lecsökkent, a vízhozam pedig gyors ütemben növekedni kezdett. Eközben néhány élesen elhatárolható, 5—10 mm hosszú, kb. 0,5—1,0 mm átmérőjű csatorna jött létre az alvízoldali szűrő közelében, amelyekből finom szemcsék sodródtak ki a szűrőn keresztül. A szűrő lyukmérete ennél a kísérletnél nem tette lehetővé a finom frakció eltávozását a rétegből, a talajkihordás így nem tudott az egész keresztmetszetre kiterjedni. A 6'. ábra 2. típusú ellenállásgörbéje olyan folyamatot illusztrál, ahol a szűrő nagy lyuk mérete lehetővé tette a kitöltő anyag nagy részének eltávozását a talajtestből. Kezdeti vízszintes szakasz után az ellenállás hirtelen leesik (amit a beépítés hibájából eredő szerkezeti instabilitás indokolhat). Az ellenállás ezután a >45° szögnek megfelelő egyenes mentén nő, amihez csökkenő vízhozam, vagyis fokozatos eltömődés tartozik. Az ellenállásgörbe ezután vízszintesbe fordul, a vízhozam ismét nő, majd létrejön a mikrocsatornáknak megfelelő szakasz, hasonlóan az 5. ábrához. Itt azonban, mivel a szita mérete ezt megengedi, a talajkihordás nem áll meg, hanem továbbfejlődik. A vízhozam növekedésével a mikrocsatornákból további talajkihordás történik, a csatornák mérete egyre nő, végül az egész kitöltőfrakció lavinaszerűen ,,kitör" a plexicső kifolyási oldalán. Ezzel egyidejűleg a vízhozam ugrásszerűen megnő, a nyomáskülönbség pedig lecsökken. A 7. ábra 3. típusú ellenállásgörbét mutat, vagyis az emelkedő szakasz szöge a<45 A 2. típussal ellentétben, ehhez a szakaszhoz most növekvő vízhozam tartozik. A vízhozam-növekedés üteme egyre lassul (a vízhozam első deriváltja egyre csökken), ami arra enged következtetni, hogy a talajtestben most is egy állandó, de az előbbinél lassúbb eltömődési folyamat játszódik le. A szita lyukmérete itt ismét csak mikro- t csatornák létrejöttét tette lehetővé, vagyis a végkifejlet hasonló volt az 5. ábra kísérletéhez; az ellenállás lecsökkent, a vízhozam megnőtt, de nem csökkent le a nyomáskülönbség. A vizsgált talajmintákban lejátszódó szuffóziós folyamatok lényeges mozzanatai tehát az alábbiak szerint vázolhatok. Kis nyomáskülönbségek esetén a talajszerkezet nem változik, a szivárgó mozgás a D ARC Y-törvény szerint játszódik le. A nyomáskülönbség növelésekor a finom frakció mozgásba jön, aminek következménye a durvább frakció hézagainak fokozatos eltömődése. Az eltömődési folyamat középső szakasza a folyamat sebességétől függően háromféleképpen alakulhat: — ha az eltömődés lassú, akkor a vízhozam a nyomáskülönbség növelésével továbbra is nő, de lassúbb ütemben, mint a kezdeti DARCY-tartományban (3. típus); — ha az eltömődés nagyon gyors, akkor a vízhozam a nyomáskülönbség növelésének ellenére csökken (2. típus)-, — határesetben az eltömődés sebessége éppen akkora, hogy a nyomáskülönbség növelésekor a vízhozam állandó értéken maradjon (1. típus). A nyomáskülönbség további növelése esetén az előző három típus bármelyike háromféleképpen fejlődhet tovább: — ha a szűrő lyukmérete nem teszi lehetővé a kitöltőanyag eltávozását, a talajszerkezet (a pórusok részleges eltömődése után) ismét stabilizálódik, ellenállása állandósul, a szivárgás újból a DARCY-törvény szerint játszódik le (néha az is előfordulhat, hogy az eltömődés miatt az ellenállás tovább nő); ha a szűrő lyukmérete lehetővé teszi a kitöltőanyag finom frakciójának eltávozását, a finom szemcsék egy része mikrocsatornák mentén eltávozik, az ellenállás hirtelen lecsökken, a vízhozam pedig megnő (5. és 7. ábra)-, — ha a szűrő a kitöltőanyagot teljes egészében átengedi, akkor a mikrocsatornák mérete egyre